第三章 炔烃与二烯烃 (2008.2.25)
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第三章烯烃炔烃二烯烃Ⅰ学习要求1. 了解不饱和烃的结构特点,熟练掌握烯烃、炔烃、二烯烃及烯烃顺反异构体的系统命名。
2. 掌握不饱和烃的化学反应及其应用,熟练掌握应用亲电加成反应历程,马氏规则及其影响因素判断加成反应的主要产物(或方向)。
3. 了解共轭体系的类型,掌握应用诱导效应和共轭效应判断亲电加成反应的速率。
4. 掌握鉴别烯烃、炔烃的化学方法。
5. 掌握各类碳正离子的稳定性顺序。
Ⅱ内容提要一.不饱和烃的结构1. 烯烃的官能团是碳碳双键,形成双键的两个碳原子是sp2杂化。
碳碳双键是由一个碳碳σ键和一个碳碳π键组成,具有刚性,不能绕碳碳双键自由旋转。
π键的键能较小,易被极化,容易和亲电试剂发生亲电加成反应。
2. 在炔烃分子中碳碳叁键是官能团,形成叁键的两个碳原子是sp杂化,碳碳叁键是直线型,其中两个π键相互垂直。
sp杂化的碳原子的电负性较sp2杂化的碳原子电负性大,所以炔烃中的π键比烯烃的π键较难极化,亲电加成反应炔烃较烯烃难。
3. 共轭二烯烃在结构特征上是指碳碳单键和碳碳双键交替排列的情况。
即分子中有四个sp2杂化的碳原子依次相连,称做共轭链。
共轭二烯烃的四个sp2碳原子共存在于同一平面,形成两个π键的四个p轨道相互平行,π键电子可在共轭链上离域,这种共轭体系的π键又称离域大π键。
它更易极化,亲电反应活性高于独立的π键。
4. 共轭体系是指在分子、离子或自由基中能够形成π键或p轨道离域的体系,在共轭体系中π键电子或p轨道电子不是定域,而是离域的。
这种电子在共轭体系中离域并传递的电子效应称共轭效应。
共轭体系与非共轭体系相比较,具有较低的热力学能,有较高的化学反应活性和特有的化学性质,存在有键长平均化现象。
共轭体系又具体分为:π–π共轭体系、p–π共轭体系、p–p共轭体系、σ–π超共轭体系和σ–p超共轭体系。
5. 共轭效应是指π键电子或p轨道电子在共轭体系中间离域并传递而产生的电子效应,仅存在于共轭体系中;诱导效应则是指σ键电子在σ键中偏移并传递的电子效应,存在于所有的极性σ键中。
3 炔烃与二烯烃3-1 用系统命名法命名下列化合物或根据下列化合物的命名写出相应的结构式。
1. (CH 3)2CHC CC(CH 3)32. CH 2CHCH CHC CH3. CH 3CH CHC CC CH4.(E )-2-庚烯-4-炔【主要提示】炔烃的命名与烯烃类似,命名时首先选取含C ≡C 最长的碳链为主链,编号从离C ≡C 最近的一端开始;式子中既含双键,又含三键的化合物称为烯炔,编号时应离不饱和键最近的一端开始,但如果双键和三键的编号相同时,则优先从双键最近的一端编号。
【参考答案】1. 2,2,5-三甲基-3-己炔2. 1,3-己二烯-5-炔3. 5-庚烯-1,3-二炔4. H 3CC CHC C CH 2CH 3【相关题目】(1)(2)(3)(4) (Z )-1,3-戊二烯(5) (2Z ,4E )-3-甲基-2,4-庚二烯3-2. 完成下列反应式. 1. 2. 3.4. 5.6. C H 3C H C H 2C C C H C H 3C H 3C H 3C H 3C H C H C H 2C C l C H 3C C H 3H 3C C CH H C C H 3H 3H C H 3C C C H 3+ H 2L in d la r 催化剂( )C H 3C C C H 3N a /N H 3(l)( )C H 3C C C H 3+ H 2O H g 2+/H+( )+H C N HC N ( )C H 3C C C H 3+ H2O +( )C H 3C C H + N a N H 2N H 3(l)( )C H 3C H 2C l ( )7.【主要提示】1、2. Lindlar 催化剂为Pd/CaCO 3,喹啉,可使炔与氢气加成停留在烯这一步,加成产物为顺式加成物;若炔用Na/NH 3(l)还原加氢则生成反式产物。
3. 炔烃与水的加成属于亲电加成,须在硫酸溶液中进行,并加硫酸汞作催化剂,加成产物首先生成烯醇式,烯醇式容易发生互变异构,变为酮式。
一般情况下,酮式比烯醇式稳定。
4. 共轭二烯烃(双烯烃)与单烯烃(亲双烯)或炔在光或热的作用下,发生Diels-Alder 反应,其中共轭二烯烃发生1,4-加成反应,单烯烃则发生1,2-加成。
该反应的机理为一步反应,经历了一个六元环过渡态,属于周环反应;当亲双烯双键碳上连有吸电子基(如-CHO ,-COOR, -COR,-CN,-NO 2),双烯烃连有供电子基时,反应较容易进行,产率也较高。
5. 二取代炔烃在缓和条件下与KMnO 4溶液(pH=7.5)作用,可以得到二酮类化合物;在剧烈的反应条件下氧化,炔烃全部断裂,连有烷基(≡CR )的炔碳原子氧化为酸,连有一个氢(≡CH )的炔碳原子变成二氧化碳。
6. 末端炔氢具有弱酸性,在一定条件下可与强碱(如Na,NaNH 2)反应生成炔钠,炔化钠是一个弱酸强碱的盐,分子中的碳负离子是很强的亲核试剂(本身带负电,易进攻正电中心),可与卤代烷发生亲核取代反应,制备更长碳链的炔烃。
除此以外,炔氢还可与一些重金属离子如Ag +及Cu +作用,分别生成白色和砖红色的沉淀,此反应较灵敏,且现象明显,可用作末端炔烃的鉴别反应。
7. 1,3-共轭二烯与HBr 可发生加成反应,生成产物有1,4-加成和1,2-加成两种。
它们的含量往往随反应条件而异,在高温条件下主要发生1,4-加成,而在低温条件下主要发生1,2-加成。
【参考答案】 1.2.3. 4.5. 2CH 3COOH6.7.【相关题目】C H 3C H 2C C H3OC N C NC H 3CC N a ,C H 3CC C H 2C H 3烯醇式酮式C C O H C CH 3C C H 3HH CCH 3C H 3HH+ H B r (1 m o l)+ ( )CH2CH CH CH2( )+C H 3C H C H 2C H 2B r C H 3C H C HC H 2B r(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)3-3.鉴别题1. 用简单的化学方法鉴别己烷、1-己烯、1-己炔。
【主要提示】不饱和烃可用KmnO4或Br2/CCl4溶液检验,会出现褪色现象,而饱和烷烃则不会出现此现象,由此反应可鉴别不饱和烃、饱和烷烃;而烯烃和炔烃的鉴别可充分利用末端炔烃的性质:即末端炔烃可与Ag(NH3)2+或Cu(NH3)2+反应,分别生成白色的炔化银和砖红色的炔化亚铜沉淀。
【参考答案】【相关题目】(1) 鉴别1-戊炔,2-戊炔,戊烷(2)* 鉴别1,3-庚二烯,1,4-庚二烯,1-庚炔3-4. 解释【主要提示】+ H C lC l而不是C l+C H C O O C H3C H2C H C H C H2C H2+OOC H2C H2C C C H3C H3P d,B a S O+ H2O H g2+/H+C C HC H3C C H+ H2O+C H3C C C H3+ H2OK M n O4/H2OC H3C C H+ C u(N H3)2+C l-C H3C C H+ A g(N H3)2+N O3-H C C H+ 2N a110o CC H C H C H2C H2O3Z n/H2OC H3C H2C C C H3N a/N H3(l)H2C C H C H2C H+ H B r-80o C己烷1-己烯1-己炔A g(N H)+(-)白色沉淀24(-)(-)褪色1,3-环己烯属于共轭二烯,与HCl 反应有两种类型,一种是1,2加成,另一种是1,4加成,从此题结果来看,明显是发生了1,2加成,从反应机理探讨,共轭二烯与HCl 反应属于亲电加成机理,反应分两步,第一步是H +加成到一个烯碳上,生成碳正离子中间体;第二步,碳正离子与Cl -结合生成加成产物。
生成产物到底哪一种为优势产物,与碳正离子中间体的稳定性密切相关,当H +加到1号烯碳上,生成如下图(a )式碳正离子中间体,当H +加到2号烯碳上,生成如下图(b )式碳正离子中间体,(a)式中正离子碳与旁边双键可发生p -π共轭,共轭的结果使正离子碳的正电荷更加分散,趋于稳定,而(b )式中正离子碳与π键不能发生共轭,能量相对较高,不易形成。
【参考答案】【相关题目】(1)下列各不饱和化合物与一分子溴的选择性加成产物是什么?试解释之。
(2)* 写出下列反应可能的反应的机理:3-5. 推断结构式1. 某分子式为C 6H 10的化合物,加2 mol H 2生成2-甲基戊烷,在H 2SO 4-HgSO 4的水溶液中生成羰基化合物,但和AgNO 3的氨溶液[Ag(NH 3)2]NO 3不发生反应。
试推测该化合物的结构式。
【主要提示】化合物C 6H 10的不饱和度为2,可能是二烯烃、环状烯烃或炔烃;能与2 mol H 2加成,且在H 2SO 4/HgSO 4的水溶液中水解生成羰基化合物,说明该化合物为炔烃。
从其还原产物可确定C 6H 10骨架一定是:具有这种骨架的两个炔烃是:(CH 3)2CHCH 2C ≡CH 和(CH 3)2CHC ≡CCH 3但C 6H 10和AgNO 3的氨溶液[Ag (NH 3)2]NO 3不发生反应,可判断为非末端炔烃,由此可推断C 6H 10的结构。
【参考答案】 2. 化合物A 和B 都含碳88.24%、氢11.76%,且都能使溴的四氯化碳溶液褪色。
A 与硝酸+ H+-C l C l(烯丙基正离子,较稳定)(能量高,不能生成)(a )(b )+12(a) C H 3C HC H C H 2C H C H C F 3(b ) (C H 3)2C C H C H 2C H C H 2C H 3C H C C C H 3C H 3+ 2H B rB rB rC C C C C C银的氨溶液作用生成沉淀,氧化A 得CO 2和CH 3CH 2CH 2COOH 。
B 不与硝酸银的氨溶液作用,B 氧化得CO 2、HOOC-COOH 和CH 3COOH ,写出A 和B 的结构式。
【主要提示】根据题所给条件,初步判断A 为炔烃,依其氧化后的产物可确定A 的结构式为:CH≡CCH 2CH 2CH 3,而B 与A 为同分异构体,且不与硝酸银的氨溶液作用,故依其氧化产物可判断B 为二烯烃,结构为:CH 2=CHCH=CHCH 3,其分子量皆为68,其碳含量为60/68×100%=88.24%,氢含量为8/68×100%=11.76%,与题意相符。
【参考答案】A: CH≡CCH 2CH 2CH 3 B: CH 2=CHCH=CHCH 3【相关题目】(1) 某二烯烃和1mol 溴加成生成2,5-二溴-3-己烯。
该二烯烃经臭氧化分解生成2mol 乙醛和1mol 乙二醛 。
试写出该二烯烃的结构式 。
(2) 已知某烃分子量为80,催化加氢时,10mg 样品可吸收8.40ml 氢气,原样品经臭氧化分解后,只得到甲醛和乙二醛。
试写出该化合物的结构式。
(3) 分子式为C 4H 6的两种烃,它们都能与两分子溴加成,但其中一种可与银氨络离子Ag(NH 3)2+作用,生成白色沉淀,另一种则不能。
试写出二者的结构式及有关的反应式。
3-6. 合成题以乙炔为原料合成顺-2-丁烯 【主要提示】此题要求以短链炔合成加长的烯烃,可能有两条途径,一条是先把炔变成烯,然后再加长;而另一条途径是先将炔烃增长碳链,然后再加成变烯。
从所学知识来看,明显后者较为简单合理,利用两个末端炔氢的性质,先把其变为炔钠,然后与甲基卤代烷反应,分别从两个端位引入两个甲基,最后将生成的炔与H 2在Lindlar 催化剂条件下发生顺式加成即可得顺-2-丁烯。
【参考答案】HC 2HC CNa3HC CCH 3NaC CCH 33H 3CC CCH 3H 2/Pd,4C C HH 3C H CH 3 【相关题目】(1)以丁炔为原料合成顺-3-己烯和*反-3-己烯(2)以不超过四个碳原子的烯烃为原料合成3-7 选择题1. 烷基多取代烯烃的稳定性是由于( )。
A.σ-p 超共轭效应 B. σ-π超共轭效应 C. p-π超共轭效应 D. 烷基给电子效应2. 下列化合物加入Ag(NH 3)2+,能产生白色沉淀的是( )。
C H C H OO C H 2C lA. CH 3C ≡CCH 3B.CH 2=CHCH=CH 2C. (CH 3)2CH-C≡CHD.3. 2,5-辛二烯的顺反异构体的个数是( )。
A.3B.4C.5D.64. 下列化合物酸性最强的是( )。
A. B. C. D.5. 下列化合物,最易与环戊二烯发生Diels-Alder 反应的是( )。